基于变化检测的省级基础测绘年度更新关键技术研究_张亮.pdf

第 46 卷 第 6 期2023 年 6 月测绘与空间地理信息GEOMATICS SPATIAL INFOMATION TECHNOLOGYVol 46，No 6Jun，2023收稿日期:20220418基金项目:江苏省测绘科研项目 面向对象的遥感影像变化检测方法研究(JSCHKY201924)资助作者简介:张亮(1983)，男，江苏宜兴人，工程师，本科学历，主要从事基础测绘、地理国情等方面的工作。基于变化检测的省级基础测绘年度更新关键技术研究张亮(江苏省基础地理信息中心，江苏 南京 210013)摘要:面向省级基础测绘 1 10 000 DLG 年度更新的需求，提出一种面向对象的遥感影像变化检测方法，以提取变化区域，辅助年度更新工作。首先获取矢量数据约束下的遥感影像同质像斑，完成面向对象分割;分别为水体、构筑物和植被构建特征空间，获取分类结果;最后对分类结果与本底矢量数据进行变化检测，从而得到变化区域;以变化区域作为主要更新范围，完成 DLG 要素采集更新工作。实验证明了本文方法的可行性，可作为省级基础测绘 110 000 DLG 年度更新工作的有效辅助手段。关键词:基础测绘;年度更新;面向对象;变化检测中图分类号:P237文献标识码:A文章编号:16725867(2023)06005303esearch on Key Technologies for Annual Update of Provincial BasicSurveying and Mapping Based on Change DetectionZHANG Liang(Provincial Geomatics Centre of Jiangsu，Nanjing 210013，China)Abstract:Facing the demand of 110 000 DLG annual update of provincial basic surveying and mapping，an objectoriented remotesensing image change detection method is proposed to extract the change area and assist the annual update Firstly，the homogeneousimage spots of remote sensing image constrained by vector data are obtained to complete objectoriented segmentation;construct fea-ture spaces for water bodies，structures and vegetation respectively to obtain classification results;finally，the change of classificationresults and background vector data is detected to obtain the change region;take the change area as the main update range to completethe update of DLG elements Experiments prove the feasibility of this method，which can be used as an effective auxiliary means forthe annual update of 110 000 DLG of provincial basic surveying and mappingKey words:basic surveying and mapping;annual update;objectoriented;change detection0引言基础测绘是为经济建设、国防建设、社会发展和生态保护服务的公益性事业，是经济社会高质量发展的重要基础。“十三五”期间，江苏省已完成两轮省级基础测绘110 000 DLG 更新，建成数据质量高、要素完整、信息丰富的基础地理信息 DLG 数据库。传统的基础测绘更新方法为版本数据更新，此方法是对地表所有要素进行一次全面的更新，但随着社会经济建设的高速发展，地表自然要素和人文要素发生着快速的变化。传统基础测绘数据更新方法周期过长，与用户现势性需求存在明显矛盾12。江苏省于“十三五”期间探索了重要要素季度更新与增量更新的模式，此外，湖南、甘肃等多地探索了结合地理国情的快速更新、变化区域快速更新以及网格化更新等模式38。江苏省“十四五”基础测绘规划提出利用遥感数据变化信息智能感知、互联网大数据、众包等泛在测绘技术，优化基础地理信息数据更新机制，实现重点区域和重大工程数据适时更新;改进优化技术体系和工艺流程，110 000 DLG 数据年度更新。为了完成年度更新任务，需要对传统的生产方式进行创新，利用专题矢量信息对比、网络信息挖掘、影像信息智能化提取和解译新型技术手段快速提出变化信息，以变化范围内的基础地理信息要素为主要更新的目标对象，进行空间位置信息的判读和更新。本文主要探讨以影像解译与变化提取的方式，获得变化区域信息，进而更新变化范围内基础地理信息要素。1技术路线利用本底矢量数据与新一期的遥感影像开展变化区域的发现工作，整体技术路线如图 1 所示，包括以下步骤:图 1技术路线Fig 1Technology roadmap1)数据整理。对本底矢量数据进行整理，删除不需参与影像分割的要素层与要素类。2)影像分割。基于整理后的矢量数据，分别利用棋盘分割与多尺度分割，完成面向对象的遥感影像分割，得到影像同质像斑。3)非监督分类。基于光谱、纹理等特征为构筑物、水体和植被分别构建分类规则集，基于规则集进行要素分类，并得到构筑物、水体和植被的分类结果。4)变化检测。对分类结果与本底矢量数据进行空间叠置分析，得到变化检测结果，提供给作业人员。2方法及实验本文以江苏省淮安市清江浦区开展实验，任务区面积约431 89 km2。遥感影像为高分二号卫星影像，空间分辨率为 0 8 m，共四景影像，其中三景影像现势性为 2018年 10 月 28 日，另外一景影像现势性为 2018 年 11 月22 日。2 1数据整理江苏省 110 000 基础地理信息地形要素数据共分为9 个要素类 40 个数据层。要素类与基础地理信息要素分类中的 8 个大类相互对应，每 1 个大类中的注记类组成了第 9 个要素类，该要素类分为 2 个数据层。首先对本底矢量数据进行了整理，主要剔除了不参与分割的要素层与要素类，具体整理内容见表 1。表 1本底数据整理内容Tab 1Background data collation content序号整理内容具体内容原因1剔除了定位基础、境界与政区两大要素分类BOUA BOUL BOUP BGA BGLBGP CPTA CPTL CPTP不参与多尺度分割2剔除了其他要素分类中的点、线要素HYDL HYDP HFCL HFCP ESL ESP FCLFCP LL LDL LFCL LFCP PIPL PIPP TELTEP TFCL TFCP VEGL VEGP AGNP AANP点、线要素不参与多尺度分割3HYDALDA 擦除 HYDA水闸擦除 HYDA道路面(LDA)与水系面(HYDA)存在重叠关系，应仅保留上层的道路面;水闸与 HYDA 存在重叠关系，应保留上层的水闸4LFCA删除面状桥面状桥与道路面(LDA)存在重叠关系，仅需保留连通的道路面即可5VEGA删除水生作物地水生作物地与池塘(HYDA)重叠表示6FCA删除饲养场饲养场是一个范围概念，范围内要素均已单独表示7HFCA删除涵洞涵洞是修建在道路、堤坝等构筑物下面的过水或通行通道，仅需保留其上方的构筑物即可2 2面向对象分割从不同的角度、分割原理及应用目的，图像分割方法的分类各异9。随着高分辨率遥感影像的广泛使用，基于对象的分割方法逐渐兴盛。此方法是以对象作为基本处理单元，根据对象的相似性特征合并对象以完成分割。以对象作为影像分析处理的基本单元，可降低影像光谱特征变化对影像分析精度的影响，还能够有效地利用影像像元之间的纹理和空间上下文信息，提高信息提取精度1012。本文首先利用棋盘分割得到与矢量数据边界一致的像斑，但是由于影像的现势性较新，矢量数据与影像上地物边界并不完全套合;其次，矢量数据范围内混合了不同类型对象，因此再次利用多尺度分割，得到矢量数据约束下的与影像光谱特征一致的像斑。图 2 为分割结果示例，图 2 第一列为仅利用矢量数据对影像进行棋盘分割的结果，分割结果的边界与矢量数据完全一致，但是存在矢量范围内地物已发生变化，与影像光谱并不相符的情况。因此，在保持边界完整性的同时，利用多尺度分割进一步细化分割结果，使得像斑内光谱特征趋于一致。2 3非监督分类图像分割后，得到的是没有具体含义的同质性区域。通过不同特征对分割对象的量化定义，才能将对象归属成具有实际概念和意义的类别。45测绘与空间地理信息2023 年图 2影像分割Fig 2Image segmentation省级基础测绘 DLG 更新时，以人工建(构)筑物为主要目标。因此，本文实验中将地物分成构筑物、水体及植被 3 类，主要利用的特征包括光谱、纹理、形状，使用了非监督分类方法。2 4变化检测由于将影像分类为构筑物、水体和植被这 3 类，对本底数据与影像分类结果进行变化检测时，首先需将本底矢量数据同样映射为 3 类，再进行叠置分析，得到变化区域。由于年度更新时关注的是大范围的、构筑物变化区域，因此叠置分析后，进行后处理，以形成最终变化区域。后处理操作包括:1)删除面积小于 2 500 m2的矢量面;2)删除本底与新数据中类型一致的矢量;3)删除本底未表示、新增加的植被;4)删除本底未表示、新增加的水体;5)删除本底为植被(水体)、新数据中为水体(植被)的矢量。图 3 为部分检测结果示例，第一行本底为植被、目前为构筑物(建筑工地)的情况;第二行本底为植被、目前为构筑物(房屋)的情况;第三行本底为构筑物(村庄)，现已被复垦为农田的情况。实验证实了本文方法可有效检测出大范围变化区域，辅助省级基础测绘 DLG 的年度更新工作。图 3检测结果示例Fig 3Sample test results3结束语本文采取基于影像变化检测的方式得到变化区域，以变化范围内要素为重点，开展采集更新、属性核查、数据库增量更新等工作，以满足年度更新要求。未来将继续探索其他方式获取变化区域，多种方式互相补充，共同辅助省级基础测绘年度更新工作。参考文献:1李国武 浅谈 110 000 基础测绘快速更新J 测绘与空间地理信息，2012，35(10):180181，183 2梁晓晔 110 000DLG 数据更新方法探讨J 测绘与空间地理信息，2013，36(7):236237，244 3廖敏，文婷玉 湖南省省级基础地理信息更新方法探讨 J 测绘地理信息，2017，42(1):105107 4杜佳 基于国情普查成果的省级基础测绘 DLG 实体要素快速更新方法研究J 矿山测量，2018，46(3):96100 5吉淑花 基于多源数据省级基础测绘变化区域快速更新技术探讨 J 测绘技术装备，2019，21(1):7377 6徐建新，顾芒，羌鑫林，等 省级基础测绘 DLG 数据网格化更新研究与实践 C/江苏省测绘地理信息学会2014 年学术年会论文集，南京:江苏省测绘地理信息学会，2014 7顾芒，刘许清 增量更新技术在新型基础测绘中的应用研究 J 现代测绘，2017，40(2):1720 8张宝安，万旭东，石玉华 省级基础测绘 DLG 产品增量更新思路及技术流程探讨J 矿山测量，2020，48(3):4549 9章毓晋 图像分割 M 北京:科学出版社，2001 10黄慧萍，吴炳方，李苗苗，等 高分辨率影像城市绿地快速提取技术与应用 J 遥感学报，2004，8(1):6874 11莫利江，曹宇，胡远满等 面向对象的湿地景观遥感分类:以杭州湾南岸地区为例J 湿地科学，2012，10(2):206213 12孙晓霞，张继贤，刘正军 利用面向对象的分类方法从IKONOS 全色影像中提取河流和道路J 测绘科学，2006，31(1):6263 编辑:任亚茹55第 6 期张亮:基于变化检测的省级基础测绘年度更新关键技术研究